автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Теоретические и экспериментальные исследования шкалы натурального музыкального звукоряда

ГССЯ*ЛГС7ВааШ КОШТЕТ КВДКСИ» ФЕДЕРАЦИЙ

по бсте;-: сколе

СЛПКТ-ПЕТЕРБУРГСШЛ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И оптики (Тсхпичесш!" университет)

РГ 5 ОД

- 3 опт 1995 ,

Яа правах рукописи

ГЛАДКОВ Борис Васильевич

ТЕОРЕТИЧЕСКИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШКАЛЫ НАТУРАЛЬНОГО МУЗЫКАЛЬНОГО ЗВУКОРЯДА

Специальность: 05.11.01 - Приборы й методы измерения механических величин.

И А У Ч К Н И Д О КЛАД по оп-.'Зл-.п:отар.нш работай, предстазлешгай на

юпсгсатшз степени кандидата тех"::ческ;к наук

с.."::'' - петербург

Работа выполнена

в санкиютршгско^ оюжуои лйшсияяк аксксгиа гзагсства

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: ■ .доктор технических наук, профессор Тимофеев Бор;;о Павлович, кандидат технических паук, ведущий научный сотр. Ео:':-ан Лев Евгеньевич.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: ЦектралышЯ Еистг.тут по переподготови-о

■ иоешзп:!» квалификации кадров по ставдарткоа-д:ш метрологии.. и сертификат;:; (ОПф - иГс").

Защита научного доклада состоится " ^ " • 1595 г. в час. на заседании диссертационного совета К 05'*.¿6.С» при САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИ.! ИНСТИТУТЕ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ (Технической университете) по адресу: 197101, г. Санкт-Петербург| Саблииская,!^.

Научный доклад разослан 1595

Учёикй секретарь

диссертационного совета / В.И.Поляко*

года.

- г -

ОЩЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОИ

Исключительно вааная роль устойчивых звукосочетаний в низин и деятельности человека и вообце всех живых существ, обдающихся посредством звуковых сигналов, общепризнано, и теоретические изыскания в этой аспекте просолились и проводятся во все времена, начиная с древнсГиих* В частности," ваяно отметить» что одним ИЗ краеугольных канной и основании пифагорейскоТ! научной иполы (У1 век до н.э.), считаюпсЛся изначальным этапоц развития европейской научной школь', послукяло теоретическое исследование условий формирования устойчивых звукосочетания, имеющее своей конечной цель» определение з обцем виде аналитической модели, позволяющей уста- ■ повить -любой устойчивы?, интервал.

■Результатом этого исследования, в котором приняли участие не только сам Пифагор Самосеяий и его блияагдеие ученики, но и многие другие замечательные мыслители Древней Греции, в том числе - . Архкт ТарентсккП, Гераклит Понткйский, Платон, Аристотель и др., ллкепсгосп около 40и лот, стало выявление 25 устойчивых Бвукое&-чеганиЯ внутри ектазкого промежутка-, составивших тая называемый лифагорэйскив натуральны* музыкальный звукоряда Но все попытки определить общую форму устойчивого звукосочетания, строго говоря, не .привели я желаемому результату, и в'конечно» итоге критериев истины оказалась практика, что предопределило феноменологический характер пифагорейского звукорядат •

Вагность проявления п общем виде закономерности формирования ..нктярвалсв натурального звукоряда предопределяется иеобходи-мостыз установления (¿¡¡зическогс природы звукоряда, которая до па-«тоядего вреши г.о существу оказалась не установление?* В частности :;зв:ст:;с:? ;/тгср::;дсиие о том, что интервалы музыкального вву-

коряда представляю!! собо'< соотношения гармонш: рпэло:г.с;шг! частотно!) функции в ряд Фурье, не цогет'сяузить физический объяснение!:, поскольку отображает всого лишь свойства аналиткческс;- подели.

В более ишрокои плане выявление ювэячоскоп природы натурального звукоряда позволяет наиболее радиональниии способами разрешить проблему неискаяения теибралькых характеристик звукозюс сиг-колов при авукоясредаче по радиотехничоскии каналам связи, гаи как ошсоноыерносхь натурального звукоряда отобрааает структуру ооорто-нальной надстройки над основнш тоном натурального звука. Решение указанных проблей позволяет на новой иировоззренческон уровне осуществить анализ как суцесхвущих технических реиеии!', так и определить возмоише пути построения ноша систеы.

Постанови и разработка поставленное вопросов и представляет собой содержание работ, фрагионгерко отображённой в настоящей докладе. Автором разработана теоретическая модель, отобрадащап структуру стоячей сферической волны, анализ которой проявил ш:о:::е-отво следстгий, представляющих собой гак теоретическую, таг: г^шето прагиатическую ценное». Это и является содержанием первого раздала настоящего доклада. Второй раздел содержит описание некоторых способов реализации структуры стоячей сферической волны, а третий - описание некоторых осуществлённых технических решений.

Актуальность работи в частности предопределена необходимость!) разработки иаучно-о5осиованного нритарпя оценки верности ввукотерадачи технячеокили средствами. Отсутствие такового, к примеру« приводит к появлению к совершенно противоестественный технический реаеккяи тыаш, как еястеиа квадрсрония, котораг в конечной втога была повееиестио ваьята из употребления и снята о производства

Еря наличии строго определённого критерия иногие проблени чиста технического плана оказываются легко разрешила», либо не

возникают вообцз. 3 частности, з работе показапо, что использование 'установленных закономерностей значительно расширяет зозиокно-сти использования одноканальшлс радиотехнических систем ззукопере-дачн для высококачественного вевдпия, что при существующем подходе не представляется воз^ожм.

Целями и задачами саботы янля.тася:

1. Разработка пиалы натуральногв звукоряда на основе физически представлений о природе устойчивых звукосочетаний, Определение критерия верности снст'сш звукопередачи отдельного звуково- ■ го сигнала.

2. Разработка технических средств реализации установлении закономерностей.

5. Экспериментальная проверка полученных результатов,» г«м ч^сг.е на уровне прокьшлеянго зкпуска изделий и в области искусства.

Научная ценность работн выралается в тон, что разработанная теоретическая модель отдельного звукового сигнала не только позволила установим й;:з::чески обоснованную шкалу натурального звукоряда, но в принципе иокег быть распространена и на любые другие волновые процессы, например ка оптические, и таким образом служить эффективный инструментом спектрального анализа. Модель позволяет уяснить некоторые ранее не известные особенности механизмов звукообразования и ззуковосприятия человеческого организма.

Практическая ценность работы подтверждаемся тем, что:

- построены ряд опытных образцов электроакустических излучателе.", показавших безусловную работоспособность установленных законанеркостеЛ и в кастояцее время успешно эксплуотируемых, з частное?::, г лечеб:-!о-оэдорозкгельн!ас учреждениях для целей пскхо-эмоци-опа-ь:?сГ разгрузки;

- установлены пути построения высококачественных однока-нальнкх с высокой разрешающей спосооностью радиотехнических систем звукопередаачи, что на протяжении предыдущих этапов развития радиотехники считалось нереальным;

- определены и внедрены в практику музыкальных коллективов научно-обоснованные системы формирования звукового ансамбля на сцене, что, в частности, успешно испльзуется в концертной деятельности Певческой Капеллы (г.Санкт-Петербург; и ряда других хоровых коллективов;

- внедрены в массовое производство и выпущены ыногоиклли-оннши тиражами ряд моделей звукоснимателей, в частности ГЗКУ-631Р, ГЗК-661, ГЗК-208, ГЗг,5-105.

Апрооапия и реализация результатов исследовании были выполнены в основном в рамках госоюдкетных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Всесоюзного научно-исследовательского института радиовещательного приема и-акустики им.А.С.Попова,. . их результаты отображены в ряде отчетов к публикаций в кур-нале "Вопросы радиоэлектроники", серия тРПА. Основные положения и результаты исследования доклады!ались и обсуждались на ряде ене-. годных Всесоюзных научно-технических конзеренция, проводимых ВНКйРПА. иц.А.С.Попова- в период ЬО-х * 60-х г.г. Кроме того, некоторые из результатов были долоаеиы на научно-техкическоГ; конференции ПУШАЩИЕ ¡Л гЕОгЕТЬЕОКиЕ ВОИРССЫ НЕТРАДйНЯОННОЗ ЗНЕР-ГЕТИКЙ И ЭДЕРГОСБЕРЕГАВщИХ ТЕХНОЛОГИЙ г,Санкт-Петербург, 1592 г. и на кокаеренцш ЕДИНАЯ 1£0ЙИ ИКРА и ЕЁ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ, г. Петрозаводск, 1992г.

Результат ог.ытно-констр^кторских работ в Зельце? части ок.*.;'. рааг.1'.зо*£л:и 5 сгрж'оц пгсЕгюдстве :.-=г:г;.спрс;:гр1за:-:да

устройств на п/о "Радиотехника" (г.Рига), заводе "Электродвигатель" (г.Могилёв), Радиозаводе (г.Ярославль), Радиозаводе (г.Челябинск), п/о "Кристалл" (г.Саратов) и др.

Публикации, по основным научным результатам и результатам практического конструирования боутцэотвйены в журнале "Вопросы радиоэлектроники", серия ТРПА, тезисах научно-технических, конференция, журналах "Изобретатель и рационализатор", "Химия и жизнь" и в некоторых периодических изданиях. Всего 16 работ.

Крене того, по результатам работ выдано 15 авторских свидетельств на изобретения.

, Структура работы представлена тремя разделами, в первом из них рассмотрена теоретическая модель стоячей сферической волны, зо втором и третьем рассмотрены практические вопросы реализации и конструирования конкретных приборов в аспекте установленных теоретических зависимостей. В заключении намечены пути дальнейшего развития разработанной теоретической модели и её практических • прилонекии.

ОВДБККННОЕЛЗЛОЖЕНиЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Раздел I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ СТОЯЧЕЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ

1.1. Состояние проблемы определения критериев верности

звуковой картины

Актуальность этой проблемы существовала во все времена в то;.: Члсле и з древнеГиие. По сути - эте краеугольный камень научно;: деятельности великих мыслителей Древней Греции, принадлежащих пи^згорогскоз пнолс, возникновение которой (У1 век до

- б -

новоки иры) считается началом деятельности Европейской Научной Школы. Пифагор Самоеский, его ученики и последователи уделил;: пристальное внимание разработке теоретических основ звукосочетаний, в частности, определению условии возникновения устойчивы сочетания двух разновысоких (различающиеся по частоте) звуков, т.е. музыкальных интервалов, (л. 2). Это грандиознее исследование, продолжавшееся на протяжении около лет (с У1 по и з.з. до к. э.), в котором приняли участие такие видающиеся пнелигелн, как Пифагор Оаыосс.чки, Архит тарентский, Гераклит Поптински::, Платон, Аристотель, Дидкм и др., завершилось установлением в виде отношении целых чисел 25 устойчивых звукосочетании ЕКутри охтазного интервала. Однако, аналитическая форма обцего члена установленной последовательности, получившей название пифагорейского натурального музыкального звукоряда, оказалась не выявленной. Те!.: не менее, пи^агореасккн звукоряд представляет собой за;.:ечателы:ег:шее достижение, расшифровка которого, как будет показано, проявляет клач к познании физической природы звукоряда,(л.3), и многое другое

Если до ХХ-го века эти проблемы волновали в основном музыкантов и изготовителей нузыкалънкх инструментов, то с начали.: периода развития радиотехнических средств остро проявились и в этой области. Однако, попытки иормкрОЕания критериев верности вторичного звукового поля в силу определенных удобств с точки зрения создания измерительных средств стали базироваться исключительно г.а нормировании параметров вторичного звукового г.ог.я в зависимости от е^орипразанкого генераторов звуковой частота электрического сигнала, подаваемого на вход канала связи и и^нитиру^дэго элементы первичного звукового поля.

Б результате г число нор^::руе:л-\' параметров ьто:::чногс г ¿у кс г его поля всели т^кие, как ч-дс-.-стдс/. хасек-

-.угеггпгг^ьксиг.. по До-.".:.;::-., Н: -

линенпгх искажении звукового сигнала на выходе по сравнению о электрическим сигналом на входе и величина звукового давления, или уровень характвристичес'Ю!. чувствительности. Для оценки 'соответствия структуры в-, оричного звукового поля структуре первичного зтого оказалось явно недостаточно, в результате чего окончательное роиение возлагается на метод экспертных оценок.

Причина сложившегося положения, по мнению автора настоящей работу, заключается в том, что, несмотря на древность проблемы, общим принцип нормирования устойчивых звукосочетаний так и не бчл установлен, а результате чего оказались не выявлены критерии оценки первичного звукового поля, оез чего оценка вторичного поля становится просто нереальной.

1.<1. Исследование пифагорейского натурального звукоряда.

Структура музыкального звука

Вопросы формирования музыкального звука были затронуты многим исследователями (л.л. 4, ь, 6, 7 ), которые, определив некоторые частные случаи (например, варианты формирования звука в различных музыкальных инструментах), о'бщик подход к формированию так и не выработали. Блине всего к определению общей структуры музыкального звука подоили музыканты - теоретики гармонии (л.В), установившее, что "нузыкалыпп: звук, воспринимаемый как единичный! на сапом деле состоит из целого ряда звуков, находящихся выше основного н расположенных в определённом порядке всё увеличивающихся интервалов. Ути звуки, образующие надстройку над основным тоном, называются обертонами, а весь ряд их называется-натуральным звукорядом".

Такое определение, в принципе, мозет рассматриваться в ка-честг-о теоретически" подели, поскольку числовые значения интервалов натурального звукоряда были установлены ещё пифагорейцами.

Однако, в силу того, что аналитическая структура музыкального интервала в общей виде так н не Окла установлена, такай модель мало пригодна для практического испльзования и не раскрывает гсизичсс-кик смысл музыкального звука, поскольку ииеет по существу статистический характер. А это,происходит в тех случаях, когда факты, установленные эмпирически в некотором пространстве, представляют сооой следствия закономерности, существующей в пространстве оолзс высокой мерности. Так, например, многотысячные заыери одномерно-го'пленв ;.полоаении''Плааеа1 "солночпой системы, выполнению выдающимся датский астроисиоц Тихо .ьраге, послужили материалом для установления в двумерном пространстве трех замечательных законов движения планет великим Иоганном Кеплером.

Числовые значения интервалов пипагорепского звукоряда, таолица I, представляют соооп одномерное пространство в силу спо-сооа их определения. Прибором для исследовании звукосочетании у пифагорейцев служил монохорд, т.е. 'линейка с натянутой на нез к закрепанной на своих концах струной. Созвучия нормировались и ис слгдовались аа счёт прижатия струны к линейке в произвольной точ~ ке между концами струны и определения соотношении длин отрезков струны между точкой, прижатия и концами струны» в большинстве сличает, но не во всех, устойчивое звукосочетание возникало, когда соотношение отреаков струны выражалось соотношением целых чисел. Если же при выполнении этого- условия устойчивое авукосочзтаниэ н: ^срмироюлось, то такой интервал не включался в систему звукоряд;.', &го п предопределило"статистический характер конечного результат: исследования. - •

Анализ числовых значений последовательности пифагорейских цул-.кг.яыцос хдоерзшгов, выполненный аь'хорои кастокцгр. работы, показа,-:, 420 а'.цая законо^е;:!-:ос1ь ^орикровавия усяо/чкых згукосо-

четзнип, действительно, огооражает свойство пространства оолее зксоког: морпости, а именно трехмерного. Выяснилось, что с точностью до разрошаппе:: способности человеческого слуха интервалы Пифагоре-ского ззукорнда отоорагсают закономерность вида:

1/3 (к—I)

т = п / ?. \ ... (I)

где Т - интервал згукорэда, П порядковый номер интервала (натуральное число из ряда Г1 =1,2,3,...), к - порядковый номер октаг.кого интервала, при этом к = I для аначенип

1 i П ^ 8 , к = 2 для 8 ^ П £ 64 , ... к » к для

3(k-IJ 3:i

2 * п * г .

и том случае, когда знаменатель формулы (I) в своем числовом значении равен единице независимо от числового значения П, при целочисленном значении li это выражение представляет собой скитему равных иенду соиоя концентрических сферических объёмов,

ркс.1 , радиусы которьос находятся в зависимости 1/3

к п / Я j = П , ...(?-)

где I и II Соответствуют ■ нумерации' концентрлчаоких Объемов.. С учетом установленной аналишинеспвй„структуры натурального звукоряда очевидно, что по отношению к любому П-му значению диаметра все предыдущие представляют собой обертоняый ряд.

Зслл зависимости по ф. (2) придать периодический характер, а именно:

1/3 р

У = П • ■bUb^Tf) , ... 43)

где У - злшопная координата, частота звукового сигнала, То осног'.но'.': тон (самк?, низки?; в структуре спектра отдельного музыкального сигнала) определится из соотношения: ,, 1/3 р

-п » сзв ¡4- , ... со

Таблица I„

ГиЛагороНсгаш натуральный звукоряд на икала В, ц

1/3 « П /к

Наименование интервала

Г

Пииагоронскап интерпретация

2

Унисон

Дкдшлова коша Диатоничшсиц полутон Хроматически:! полутон Малая секунда Палый доли!'! тон' Больао!; цолпИ тон Увеличенная сокунда Малая ториия Больная терция

Уиенькошилп кварта Увеличенная терция Кварта

Увеличенная кварта Уцс пышная ивинта Квинта

Увеличенная iraiuisa Малая сокста

Больаап секста Увеличенная секста Палия cenwcia Больший сёпхкца y^aiiinouuan оат^аи сснгпиа

I/I 81 / ВО 25 /24 16 / 15 2? / 25 10 / У 9/8 75 / 64 6/5 5/4

52/25 125 / % 4 / 5 45 / 32 64 / 45 3 / 2 25 / 16 6 / 5

5/3

225 / 128 16/9 И 9/5 15 / 8

45/25 125 / ¿4 2 / I

1/3

Шиала RjpH /к 3

1/5

67 /4 1/3

У /2 1/3 та /4

1/3

IU /2 1/3

11 /2 1/3

12 /2 1/3

13 /2 1/3

14 /2

а1'5

1/3 I? /2

1/3 18 /2 .

1/3 1У /2

1/3 22 /2 3ВД -

1/3 ■27 /2 1/3 31 /2

Л

61/3 1/3 53 /2

1/3 60 /2 .1/3 t

Относит.

погреши £

¡•Г

0,0

и,2ъ4

0,155

и, 14

0,250

0,Ц?2

0,752.

0,323

0,421

0,7У

0,42У

и,63 0,и65 0,372 1,33

0,U

0,51

0,7Ь7

0,033 0,7 0,042 0,167

0,36В

0,22

0,0

Рис.1 . Система равних концентрических объёмов

где и„,, - скорость распространения звуповог: ъслнн в некоторое

зб

однородной среде. Для воздушно:: среди в нормальных условиях Сзт= 54-} м/с,

В той случае, когда золново.4 процесс в изотропно.: среде, формируется точечным излучателем, возникав объемная структура, определенные зоны которое соответствуют постоянным координатам обтёмной шкалы. Такая структура представляет собой стоячух с;ерк-ческу» волну, а с учётом излоаекиого, стоячая волна, ет.орг.г.рсъац-ная точечный -источником звукового периодического сигнала, соответствует теоретическое подели .по у.(3). В том случае, когда рассматривается одиночны» кмггульс, применима $.(2).

Среди многих свойств этой модели целесообразно отмстить важнейшие, в частности:

а) Поскольку число как таковое представляет сооо" количественную меру, а реальное количество характеризуется-как объём, каждый из концентрических обёмов представляет собо:: вполне определении;? член натурального ряда чисел, и зависимость по ф. (с,) в излом есть ни что иное, как проекция натурального ряда чисел не прямолинейную ось, исходящую из центра рассматриваемой систы.ц;. й таким образом пифагорейский натуральны!! звукоряд есть по свое:': сути • отображение натурального ряда чисел на прямолинейную ось.

б) Последовательное удвоение начального радиуса (или диаметра) рассматриваемой системы представляет сооо;: октаЕккп ряд, в числовой выражении определяешь зависимостью:

п Л»*)

И = е. , где к - номер октави. Замечательным свойством любого октавкогс промежутка является.то, что структура каждого октавного промежутка включает :-: себя как подотрукттуру структуру предндукего к еама предстьгявбтся подструктуре/.: с^следуи5его. такин обраьом, зке;: структуру одного ;:з окт&ь-г.ре^егугкгпг, мсгко определять структуру лкс'сго, г:-:сдлд.?о ъ

рзсскат?яг»ееиуо систему равных концентрических объемов.

Операция переноса некоторого интерзала, принадлежащего определенно" октаве, в другую представляет собоп операцию транс-позиголовня« что производится с использованием ш.(1)<>В'частности, ряд значен:;:) интервалов пифагорепского звукоряда именно таким образом оказался приведенным к первоп октаве. А в самом общем смысле <:>1 представляет собой структуру сплошного спектра любого вол-незого процесса в изотропно:; среде и монет служить эффективным инструментом исследования таких процессов.

1.3. Особенности структуры первоц октавы

¿'двоение начального радиуса Я у согласно ф.2 приводит к увссьмнрению начального объема. К таким образом в структуре первой октавы мо;:;но зафиксировать семь ступеней, начиная от первой, пли семь полос в проекции на центральиук плоскость, при этом ширина полось уменьшается * по мерз каростакия номера ступени.

Зта 5св октава естественный образом путей последовательного удвоений объема I - г - 4 - 8 ыонет быть расчленена на три части, или з прсекнлг. на центральную плоскость на три полосы. Наглядно структура керзо;- октавы представлена на рис.2.

В ?

6

5 ^

3

г

Г

гпс.2.

"к ^тр; к?ура лоззоляег аналитически проинтерпретировать плпогор'о -пзвссз:::::$ ж,:;:::р::чес;:н ¿ет^ногленнно зависимости, а так

Красккй

Красный Отаняезъй

л:ёлгьй

Белым Зелёный

Голубой

Зелёны? Синий

! ГолубоГ: Фиолетовый

- le

же выявить единство структуры разнообразных волаовнх процессов. Схема, представленная на рис. с , наглядно расии-гропшает ;.:;;ст»~ ческу» формулу превращения единицы в трояку, а троглсл в семерку ("тропка - семерка - туз"), к в первую очередь узаконивает на строгой аналитическом уровне цветс-иузнкалъную аналогии, наличие которой предполагал ещё исаак Ньютон в снося раооте "Оптика".

Поскольку,диапазон видимых светових волн ограничен ровно одной октавой, а именно 38и + 76 U ни (линейное соотнесение 2:1), в соответствии с установленной структурой порго.1 октаву он может быть расчленен либо на три полосы, как это предлагал Аристотель, а именно на голуоую - зелёиув - красную, лиоо на семь полос по И.Ньютону, а именно на фиолетовую - синив - голубую - азлелуы -желтую - оранжевую - красную. ' А в случае необходимости произвести более тонкое деление полученного спектра, учитывая ç.I , согласно которой какдыа из основных интервалов первой и последующий октав монет Оыть путей транспонирования расчленён еще на восемь, ата операция может оыть произведена с любой заданной разрешающей - "способностью.

3 силу изложенного :р. I представляет сооог: завершение грандиозного пифагорейского исследования натурального звукоряда, опре-лящее его место в качестве одного из свойств числового метода познания природных явления и устанавливающее его органические взаимосвязи, в частности в связке число - звук - цвет . Эта связка ысяоа û-jTb продолжена, что, однако, выходит за рамки настоящей раос к. •

1.4. Антропометрический аспект структуры звукового поля.

Как уже отмечалось, устоачиьые звукосочетания предстаьля-t)i coooi- основу звукового оощения ме:;:ду людьми во вс.-:-: его вигах.

Но для конкретизации звукосочетания, определённых, в безразмерной :..ор;.;з по ^.'»Г к с , пэобходкм некоторый опорный звуковой сигнал, о&фгчгдг,по воеврдоачаеинй зссаи лвдьда. Й такой сигнал действительно существует, поисснсотно используемый для настройки музыкальных инструментов и ансамблей, представляющий сооой стандартный камертон а1 = VIII Гц, соответствующий звучанию ноты "ля" первой октавы.

Отст ззук с отклонениями порядка ±10$ издают в иокент появленя на езет зео новорожденные независимо то пола и расы (л.9), и друго!: стороны, элективная длина позвоночного столоа (расстояние пс прямой ыеяду конечными точками кобчика и первого ¡лепного позвонка) взрослого человека представляет сооок полноволновый вио-ратор поглощения по отношению к этому не звуковому сигналу, поскольку длина волны в зоадухе стандартного камертона

Х - 343 / = й,77У5 м. А ото по сути антропометрическая постоянная, так как колеоания её составляют, согласно статистическим денным по ь'.Ф.Ломову и др, ,в си. для мужчин 76,У со I реднеквадратичным отклонением 5% , для г;ен-ц::н 72, Ь со среднеквадратичным отклонением 'с,В(л*

& связи с тем, что длина позвоночного столоа новорожденного прколкаительно в четыре рааа меньше, чем у варослого человека, становится очевидной связь между криком новорожденного, соответствующе и режиму иалучения чех'зертьволнового. вибратора и режиму поглощение нелниьелнозого вибратора у матери. Иными словами, зто режим полного согласования передатчика и приемника. Безусловно, у каждого индивидуума своп камертон, но значение а1 » $40 Гц - зто статистически усредненная величина, эффективность которой убедительно подтззр-:д:на сксговековоа музыкально:: практикой (л. II);

учёта антропометрического фактора.

1.5, Амплитудно - частотная характеристика излучателя как основной коыпанент критерия верности вторичного ззукового поля радиотехнической системы звукопе-редачи.

Стремление сформировать амплитудно-частотные характеристики электроакустических излучателе-"; максимально приближающимися к липепкш, наблюдаемое лог-сеиостко в практических конструкциях, по свое:; сути не отвечает условиям оптимального согласования со слухов;,:м восприятием человека, поскольку создаёт практически равные условия для воспроизведения как звукового сигнала, несущего полезную информацию, так и для паразитного-сигнЕла. Линеаризация предопределяет ¿ормировакке вторичного зе}кового поля в виде бегуче.-: волны- и тем самы; предопределяет зависимость звуковой картины от илевнлх услоз;:;;; таких, 2;ак ¿ор.ма и размер]! помещения, наличие различных прспятстркп, благодаря чему гозпякаят явления отражения и преломления волны.

Альтернатива линеаризации - создаагл уело-::.:; ,формирования звукового поля в виде стояче" сферической волкг л смтгонеметрическими характеристиками. Б этом случае' амплитулне частотная ка-

р£кторкс2й1:а приобретает вид гребенчатой кривой, пики и провалы котором располагается б соответствии с нетранспонированной последовательностью интервалов-натурального музыкального звукоряда по Q.2 , построенного от опорного звукового сигнала, камертона а* « 44U Гц. Максимальная амплитуда для каадого значения П определяете?, в относительных величинах разностью

1/3 1/3

J к.п = П - (11-1)

а- обцпг вид аиплитудно-чсстотнок характеристики, приведённое к стандартно::» каиертоку, соответствует

'S/M 2#/И1/3), ...(5).

1

что представляет coö'oh аналитическое описание структуры стоячей е1ерическо": волны.

геалиаапия техническими средствами данной структуры мокет в значительно:: кере служить критерием верности звуковой картины, ■;.ор:.шруепо:: во вторично« звуковой поле, поскольку првдетавляетиоо-бог. элкстрозкустпчесную иодель ноля слуховаого восприятия человека.

Раздел 2. СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ СТОЯЧЕ/. ЕОЛНЫ

Теоретически стоячая сферическая волна в однородной среде образуется всегда при излучении фиксированного сигнала с помощью, точечного излучателя (л. 12). имеется в виду при зтом что размеры излучателя прпнебреаиио налы. Однако, именно это допущение и не позволяет выявить истинную структуру такой волны.

- Если '¡¿е сферически? излучатель ооладает конкретк'лм раз- ' израии, т.о. 3SKíüt>i',T определенный:; обгёы радиуса R j, то при лэлуч-л:.: ;::ке.:;с: пориодич-зекого сигнала кадыЯ пер::од

= ССЗВ/И0)

1/3 1/3|

II - (П-1) м

энергетически эквивалентен предыдущему, а общая картина излучения представляет собой систему разных обьсиов, рис.Í.

Наиболее простои и наглядны-! вариант реализации ни основе существующих технических, иродетв представляет иобо- рззо;:?; сисе звено, рис.4а, состоящее кз двух одиоткпнш. головок громздоворк-телеь, электркчески соединенных ипп^азно, разцацеи-.ч-п: да одно:; оси и нэпратшекннх кзлучавдиии поверхностями навстречу друг др,\гу. а) б)

Л;с. 4.

По своей сути такие а^ели ¡¡^¿стааянет с обо г: сагектроакусгкческиз аналог струны музыкального инструмента. Частота основного резонанса звена задается соотношением:

/р = Сзв / Р >

где р - расстояние мекду язлучавкимк поверхностями головок громкоговорителем. Такое звено, разумеется, кокот ог.ть приведено в резонансное возбуждение из только на частоте основного резо;-:анса, но и на любо;- г.з частот, входкпах в натуральп::-" звукоряд но >5.2 .

Другой вариант резонансного и века :.:с:-.:ет Ситт, осуществлен по схеме, ркс.4б, где излучающая поверхность головки громкоговорителя направлена на плоску» отражающую поверхность. Б атом случае условие резонансного возбуждения определяется соотношение:;:

е Сзз /¿Р •

Возможны и другие, более слохнео зах'хскт' дспструктаьисго построения резонансных звеньев, например, раополо.-уппв головок громкоговорителей на вериилах тетраэдра с излучгяочих

поверхностей к центру тетраэдра, но суть их функционирования остается едином.

Установленные свойства резонансного звена предопределяют разнообразные варианты их практического применения. К их числу относятся:

- спектрометрия фиксированного звукового сигнала,

- нормирование антропоморфного вторичного звукового поля радиотехнического канала связи.

Разумеется, могут быть и другие варианты применения частного плана.

Спектрометрия шкет быть осуществлена по следующей схеме, рис.Ь. резонансное звено формируется из двух однотипных измерительных микрофонов, электрически соединенных син^азно. Электрический сигнал, соответствующим пассированному звуковому сигналу, воспринимаемому микрофонами, подвергается анализу с помощью стандартного спектрографа. При этом настройка на основной тон анализируемого сигнала производится путем изменения расстояния между микроионами. Затем зафиксированная амплитудно-частотная характеристика спектра фиксированного звукового сигнала сравнивается с теоретической структурой по Отсутствие, или наличие подавленных спектральных составляющих определяет индивидуальную характеристику исследуемого сигнала.

М1

Формирование антропоиордиогв вторичного акустического поля радиотехнического канала связи производится с применением резонансных звеньев по рис.4а,б. Здесь возможны множестве конструктивных решении. Одно из них' рассмотрено в следующем раздело.

Раздел 3. ОьйОР ПРАКТИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК Пи РЕЗУЛЬТАТА!* ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

I). Одноканальнак система звукоиередачи по а.с.$У3646£.

Основными моментами системы служат: задатчик програшы I» в качестве которого могут бить использованы магкитогоп, электропроигрыватель, микрофон и др., радиотехнически:: капал сви:ш с, электроакустически-/. преосразовптель 5. После;ишг представляет сооой систему резонанс;:к/, звеньев, каадое из которых включает в себя два электроакустических излучателя (головки громкоговорителей}. Поскольку резонансное звоно в отдельности мокко рассматривать з качество аналога струны музыкального инструмента, весь преобразователь в целом соответствует глалогу музыкального инструмента, вогможноетп которого предопределятся количеством авеньев.

Придерживаясь отмеченной аналогии, нельзя не пра"тк к выводу о том, что резонансна?- звенья должны бмть настроены на разные репонанент;:: частоты, но отоорагсаюцие те, пли илко ступени звукоряда. При этом, о!лусловно, одно из звеньев должно опть настроено на Ч!!'.)-оту стандартного камертона а1 = 44и Гц.

•Цй— - -— з-----

Рис.6.

Рассмотренная схема -оскроанип электроакустического пресора-

зоватоля ооознечивает формирование вторичного звукового поля радиотехнической системы звукопередачи в виде сиса'емы стоячих волн, что обеспечивает сохранение шааовых соотношения в структуре звукового сигнала, что в корне отличает этот преобразователь от тради-цпошшых, формируюэдх вторичное поле в виде бегущей волны. Благодаря атому, рассмотренные преоорааователь обеспечивает устойчивую оо!ёмнуп звуковую картину в любой точке сформированного поля, что в принт:;'о недоступно для традиционно построенных преойрааовате-лен. ито свойство позволяет ооеспечить высококачественное воспро-изведеиие звуковых программ в самых. неолагоприятнцх с акустической точки йрэнпл условиях, а так ко на открытых площадках.

2). Устройство для измерения механических колебаний подвижной системы звукоснимателя по а. с. И369У35.

15зооретение преднааначено для наладки злек^ройол^нических звуковоспроизводящих и звукозаписывающих аппаратов. Стержень, сопряженный с полни пьезокерамическим цилиндром, выполнен в виде тонкостенной металлической трубки, на свободный конец которой устанавливается игла звукоснимателя, либо другой элемент подвижно;: системы механического устройства, рис.7.

1 - основание,

2 - пьезозлемзнт трубчатый,

3 - металлическая трубка, •' А - звуковой генератор.

Определение характеристик той, или иной колебательной системы мойс-т производиться двумя методами:

- измерением амплитуды колебаний пхезокерашкэского пресСра-305: .'о... конагрухолпсм п п&грг.геикоц состоякиях. При >7011 ЗЛОЙ-

- си -

трическое напряжение прямо пропорционально амплитуде колебании.

- измерением смещения резонансно:"; частота преооразователя ^ зависимости от нагрузки, создаваемой исследуемой механической системой.

Ка основе настоящего метода были пронормированы параметры ряда отечественных головок звукоснимателе:; электропроигрывающих устройств (л. 13). .

5). .устройство для измерения величины динамической податливости звукоснимателя системы механическс" звукозаписи.

Представляет собой простенай" генератор механических колебания, состоящим из деух электродинамических колебательных систем (з качестве которых использованы узлы электродинамических головок гроикоговорлтелеп), кёстко соедкнёккнх ме.;;ду собой пт'окоа, в центре которого установлен элемент соногораммы, вырезаны;: из грампластинки, рис.8. " | /

Рис.8.

Динамическая податливость подвиюног; системы звукоснимателя определяется зависимостью и = а /Р, где С - податливость, А - максимальная амплитуда, Р - статическая нагрузка на иглу звукоснимателя. Колебательная система приводится в возбуждение от звукового генератора (ЗГ), а величина амплитуды колебали:; определяется по значению электрического напряяеш7<! на выходе чолеба-телыюп системы Л-, . При этом максимальная амплитуда нормируете?; наперёд задании коалицией гоы нединепл-х >:с::а;;;еы:м. Подробно мето-

- с! -

дика изгорели; и результаты практические занеров динамической податливости сери: на головок ззуноснимателеи изложены в инженерной з'апкеке <;;1.58/б$> ВНКНШ им. А.в.- Попова.

4). Электродвигатель переменного тока Б.В.Гладкова по а.с. !:;8с6514.

Это изобретение позволило совместить положительные стороны , электродвигателе-¡: переменного и постоянного токов. И это стало возможным, благодаря формированию электромагнитного поля по типу стоячей волвы (но не вращающегося поля, как в традиционных электродвигателях). Отсутствие системы коллектор - щетки, безусловно, с точки зрения конструкционной надёжности значительное преимущество электродвигателе? переменного тока. В то время возможность регулирования скорсстя вращения в широких пределах за счёт изменения электрического напряжения считается преимуществом электродвигате- -ля постоянного тока, поскольку, в частности, обеспечивает создание необходимой пусковой характеристики.

Кроне того, изобретение позволило решить задачу обеспечения работы двигателя в сверхтпхоходном безредукторнои режиме на скоростях в диапазоне от десятых долеа оборота до ¿00 оборотов в минуту.

Достижение поставленное, цели оказалось возможным путём воздействия электромагнитного поля соленоида на вибрационно-реактив- ■ ную систему. Конструктивная схема электродвигателя приведена на

- гг -

электродвигатель состоит из статора I с внутренним кольцевым пазом г, в котором размещена катуика индуктивности а центре статора установлен ротор 4 из магнитомягкого материала. Ось ротора сопрякена со статором I посредством подшипников. На головкой части ротора образованы явновкракенные полюса Ь, представляющие собой плоские пружины из магнитомягкого материала, установленные консольно и направленные тангенциально по отношению к цилиндрической головной части ротора, зти полюса обладают определённо?: гибкостью к способны совершать колебательные движения. Количество полисов определяется для конкретного конструктивного решения.

Наиболее выгодный режим питания электродвигателя представляет собооя импульсы постоянного по направлению тока., В тот отрезок времени, когда на обмотке присутствует электрические ток, возникает магнитное поле, силовые линии которого проходят через гео-кетроический центр статора. /Три этом явновыраженные полюса ротора, обладающие пружинными свойствами, стремятся занять положение близкое к направлению силовой линии. Но при этом общего поворота ротора не происходит, поскольку все силовые линии проходят через его центр, совпадающий с центром статора, в силу чего отсутствует плечо для силы, способной создать момент вращения. Зато в момент обес-точивания оомогаи этот момент появляется за счёт стремления двно-вкракенных магнитных полюсов занять исходное полоаение."

Регулировка скорости вращения производится изменением напряжения питания. Кроме того, необходимо отметить, что полюса ротора обладают резонансными свойствами, а частота резонанса определяется заражением:

у7* (¡г¿гмо) 1/с

где и - эффективная масса полюса, с - гибкое^ полиса. Для Обеспечения наиоолылего КПД частота импульсов д-бирается близкой,

но не равно!! резонансной частоте полюса, Реверсирование движения может бить произведено путём изменения частоты питающего тока с дорезонансно"; на послерозонансную, либо наоборот,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Разработка теоретической юдели фиксированного ззуково-го сигнала на основе объёмных представлений позволила установить физически обоснованную икалу натурального музыкального звукоряда.":

с. Названная модель устанавливает структурную связь наяду волновыми процессами в разнообразных физических средах и может быть использовала для анализа люби волновых процессов.

3. Названная модель позволяет определить новы.'; подход в • технической реализации, в частности, систем звукопередачи и измерительных средств.

4. Дальнейшая теоретическая' проработка в указанном направлении позволяет привить взаимосвязи разноооразкых явления и таким образом внести ощутимый вклад в методологию познания окружающего Мира.

- -

СПИСОК цМеОВАННЫл ЕСТОЧКИКиВ

I. Коломенский Н.Н. Научные основы функционально?, и технологической точности аудио и видео систем аппаратуры. Научный доклад на соискание ученой степени доктора технических, наук. Институт точной механики к оптикк. С-аетероург, 1995 г.

с. Ван дер Еаарден и. А. Прооувда'Лцаяся наука, 1ЭЬЭ г.

5. Коффе в.К. и Ешольскки А.А. Расчетные графики и таблицы по электроакустике, Госэнергокадаз?,. Ш5ч г.

4. Ч.А.Тейлор. эизика музыкальных звуков, ГЛ. Лёгкая индустрия, 19/6 г.

5. Порозов В.П. Тайны вокальной речи, Л, "Наука", Г96у г.

6« <*урдуев Б.В. Стереофония и многоканальные звуковые системы, "Энергия", 1Чч$ г.

6. Морозов В.П. Занимательная биоакустккз, »!. "аяайпе", 1-87г.

7. Способин И.В. Элементарная теория музыки, «!. "Музыка", 198чг.

8. Галин Ю. Краткий теоретически:'! курс гармонии, М. 1978 г.

3. МаксшоБ-К. «юнкатрия, М. "Медицина", 1987 г.

10, Под ред. акад. Образцова и.у. ироолемы прочности в био-меха-нике, М. "Высшая мнола", 1988 г.

II. Шилов Г.Е. Простая гамма. Устройство музыкальной скалы, Ы. 1580 г.

12. Ксакозич М.А. Общая акустика. И. 1У/ЗГ.

13. Б.В.Гладков, А.Э.Оаолиньы. Раараоотка методики измерения комплексного механического сопротивления (а так же эффективной массы) звукоснимателей на вертких частотах звукового диапазона. Инженерная записка к»5»9/'/и, ВНИиРНА на.д.е. Попова.

СПМОК ГАВОТ АВТиРА ПО ТЕМЕ ДОКЛАДА .

Е.В.Гладков, уорпироввиие начального участка частотной характеристики чувствительности пьезоэлектрического звукоснимателя. ¡¡опроси радиоэлектроники, серия ТРПА, выпуск I, 1971г. хчВ.Гладков, Б.и.Егимов. Направления рабохчпо повышении ка-чоствскпнх показателей элекгропроигрыващих устройств и звукоснимателей. Вопросы радиоэлектроники, серия ТРПА, выпуск 2", 1971 г.

, Б.В.Гладков. Рациональный метод повышения гибкости подвижной . системы пьезоэлектрического звукоснимателя. Вопросы радиоэлектроники, серия ТРПА, выпуск 3, 1971 г.

. н.В.Гладков, В.И.Ефимов. Пути повышения качества звучания при воспроизведении механической звукозаписи. Вопросы радиоалектроники, серия ТРПА, выпуск I, 1972 г.

. Е.Е.Гладков. Секрет звукоряда, химия и жизнь, И, 1984 г.

, Б.З.Гладков. Почему -ля"? Изобретатель и рационализатор, г.е6 1985 г.

. Е.В.Гладков, 1.1.П.Пронина. О полётности сценического голоса; Теория и практика сценической речи, выл.2, 1992. СПб. Гос. институт театра, иузыкп а кинематографии. .

'. Б.В.Гладков, формирование и реализация критического объела вещества. Материалы научно-технической конференции "Прикладные и теоретические вопросы нетрадиционной энергетики и энергосберегающих технологий", СПб. Дом научно-техн, пропаганды, 1992 г.

¡. Б.В.Гладкоъ. нормирование и реализация критического объёма вещества. У.ок;&рзнщ;я "Здяная теория ыира и »ё .пранзяческоз гриме.-:, Гк*трозг-годск, 19У2 Г.

- ¿ь -

9.' Б.В.Гладков. Авторское свид. иГ/чЗЭ«» на изобретение ::Пьезо-керамический преобразователь" с приоритетом от ¿8 имя х9бчг, Опуоликовано-¿у.08.65. Ьшлетень и» 17.

10. Е.Б.Гладков. Авторское свид. »¿У73?ч на изобретение "Пьезоэлектрический .преобразователь для звукоснимателя элсктролро-игрнващего устройства" с приоритетом от мая 1У6? г. Опубликовано II. из.VI.- Бюллетень тЮ.

11. Б.Б.Гладков и А.Э.изолиньи. Авторское свид. 8=369735 на изобр. "устройство для измерения механических колебании подвикпри..-системы.звукоснимателя".с приоритетом от ¿6 марта 1971 г. Опубликовано й.11.73. Бюллетень ®1и.

Б.Б.Гладков. Авторское свид. 55, па изобретете "Иагиито-влектрическик звукосниматель" с приоритетом от ь.кюля 19Л г. Опубликовано 50.06.74. -ыоллетень ;.#4. 13. Ь'.В.гладков и Ю.С.Полозов. Авторское свид. 1.'Е414бгч на изобр. "Механизм управления тонармом", с приоритетом от ь марта д97гг. Опубликовано 5.11.74. Бюллетень «5. ¿4. Б.В.Гладков, А.Д.Мйжуев, л.П.Романс. Авторское свид. к5956^ на изобретение "Устройство для поиска фрагмента грамзаписи" с приоритетом от ¿5 июня 1976 г. Опубликовано 5.1С.77. Бюллетень «¡»57.

15.Б.ВЛ'ладлов, Б.И.Сирота, С.АЛущих. Автирское свид. лу525155, на изобретение "Устройство "для автоматической-остановки диска электропроигрывателя" о приоритетом от 8 декабря 19/4 г. Опутаковако I5.U8.76. Бюллетень жЗО.

16. Ь'.3.Гладков. Авторское свид. Й50В967 на изобретеню "Пьезоэлектрический преобразизатель дл» стерсо.онического звукоснимателя" с приоритетом от II октяоря 19<4г. Спуоликовано 30.03.76. Бюллетень .«12.

IV. ь.^Л'лидков, Б.ЛЛдомонко, В.П.григорьев, О.Ф.Деиидив.

Авторское свидетельство и;95ь4Ь2 на изобретение "Одноканаль-ная с'/.стсиа авукопервдачи" с приоритетов от 28 марта 1980 г. Опубликовано i5.u6.82. Бюллетень 18. Б. Е.Гладков. Авторское свидетельство л-82ь£14 на изобретение Электродвигатель переиешгого тока Б.В.Гладкова" о приоритетом от у января 10/9 г. Опуоликовано 3U.lft.bI. Бюллетень п»16.

Подписано к печати 04.09.95 г. Заказ 171 Тираж 50 экз.

Обгем 1,8 п.л. Бесплатно

Ротапринт. ИТМО. 190ССС. С.-Петербург, пер.Гривцова, 14